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C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

(1)

目  次

ページ

序文 

1

1

  適用範囲

1

2

  背景

1

3

  略語

2

4

  時間分解チャープの定義 

2

5

  送信器動作のモデル化 

3

6

  チャープ測定方法の概要 

4

7

  周波数識別法 

7

7.1

  装置

7

7.2

  手順

7

8

  モノクロメータ法

8

8.1

  装置

8

8.2

  手順

9

9

  アルファファクタの計算 

10

9.1

  アルファファクタの時間変化,

α

(t

10

9.2

  平均アルファファクタ,

α

avg

10

9.3

  アルファファクタの光パワー依存性,

α

(P

11

10

  試験報告書 

11

附属書 A(参考)時間分解チャープ測定系及び計算処理の検証

12

附属書 B(参考)光送信器における変調方法 

13


C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

(2)

まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,一般財団法人光産業技術振興協会(OITDA)

及び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があ

り,日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願又は実用新案権に抵触する可能性があることに注意

を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許権,出願公開後の特許出願及び実

用新案権に関わる確認について,責任はもたない。

JIS C 61280

の規格群には,次に示す部編成がある。

JIS C 61280-1-3

  中心波長及びスペクトル幅測定

JIS C 61280-2-1

  受信感度及びオーバロード測定

JIS C 61280-2-2

  光アイパターン,光波形及び消光比測定

JIS C 61280-2-8

  Q 値測定を用いた低ビット誤り率の決定法

JIS C 61280-2-9

  高密度波長分割多重システムの光信号対雑音比測定

JIS C 61280-2-10

  第 2-10 部:レーザ送信器の時間分解チャープ及びアルファファクタ測定

JIS C 61280-2-11

  光信号品質評価のための強度ヒストグラム評価を用いた平均化 Q 値測定

また,これらの規格シリーズの通則として

JIS

C

61281-1

  光ファイバ通信サブシステム通則

がある。


日本工業規格

JIS

 C

61280-2-10

:2012

(IEC 61280-2-10

:2005

)

光ファイバ通信サブシステム試験方法−

第 2-10 部:レーザ送信器の時間分解チャープ及び

アルファファクタ測定

Fiber optic communication subsystem test procedures-

Part 2-10: Digital systems-Time-resolved chirp and

alpha-factor measurement of laser transmitters

序文 

この規格は,2005 年に第 1 版として発行された IEC 61280-2-10 を基に,技術的内容及び構成を変更する

ことなく作成した日本工業規格である。

適用範囲 

この規格は,レーザ送信器の時間分解チャープ測定の標準的な方法を規定する。過渡的チャープの指標

であるアルファファクタは,測定した時間分解チャープデータから算出する。

注記 1  時間分解チャープ測定の妥当性を検証するために,時間分解チャープ測定系及び計算方法の

検証手段を

附属書 A,並びにレーザ変調方法の概説を附属書 に示す。

注記 2  この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。

IEC 61280-2-10:2005

,Fibre optic communication subsystem test procedures−Part 2-10: Digital

systems−Time-resolved chirp and alpha-factor measurement of laser transmitters(IDT)

なお,対応の程度を表す記号“IDT”は,ISO/IEC Guide 21-1 に基づき,

“一致している”

ことを示す。

背景 

チャープが信号伝送へ及ぼす影響の理解は,システム設計者にとって大変重要である。チャープは伝送

システムに二つの影響を及ぼす可能性がある。一つ目は,チャープは光ファイバの波長分散との相互作用

によって光ファイバに沿ってパルスの広がり又は圧縮を生じる。これは正又は負のパスペナルティの原因

となり,最終的に再生なしで信号が伝搬できる距離を減少又は増加させる。ペナルティの正負はチャープ

と光ファイバ分散の正負とによって決まる。二つ目は,チャープは信号光のスペクトル幅を広げることか

ら,近距離伝送でさえ超高密度波長多重システムにおいて隣接したチャネルに干渉することによって,チ

ャネル間隔を制限する可能性がある。

パスペナルティは,伝送路伝搬に伴う信号波形のひずみによる見掛け上の受信感度の減少である。負の

パスペナルティは,

見掛け上受信感度の向上に相当する。パスペナルティはシステムのビット誤り率(BER)

曲線における入力パワーレベルの高低方向のシフトのように現れる。正のチャープペナルティは,レーザ


2

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

チャープのため,規定する分散で装置のビット誤り率を維持するために受信器に要求される信号対雑音比

(SNR)の増加として定義する。

直接チャープペナルティを測定することは,被試験物(DUT)として同一の強度変調パターンでチャー

プのない送信器を必要とするため困難である。このため,チャープペナルティは大抵パスペナルティ測定

から推定する。パスペナルティの測定には,波長分散が既知の光ファイバに置き換え,規定のビット誤り

率に到達するために必要とされる付加パワー又は信号対雑音比の測定が必要である。この測定は手間及び

時間がかかり,かつ,チャープペナルティが支配的であることを仮定する必要がある。このため多くの送

信器及び装置の設計者及び製造業者は,時間分解チャープデータ及びチャープパラメータによるチャープ

(又は分散)ペナルティ推定を求めた。

また,高密度波長多重(DWDM)伝送装置のコストを下げるために,製造業者は,より低コストの送信

器を設計し,販売している。これらのより低コストの送信器で発生するチャープ量をコントロールするこ

とは,ネットワークに適用するために重要である

[1]

略語 

この規格で用いる略語は,次による。

BER(Bit-error ratio)

ビット誤り率

DFB[Distributed feedback(laser)]

分布帰還形(レーザ)

DML[Direct modulated(laser)]

直接変調形(レーザ)

DUT(Device under test)

被試験物

DWDM(Dense WDM)

高密度波長多重

EAM(Electro-absorption modulator)

電界吸収形変調器

EDFA(Er-doped fibre amplifier) Er 添加光ファイバ増幅器

EML(Electro-absorption modulated laser)

電界吸収変調形レーザ

FFT(Fast Fourier transform)

高速フーリエ変換

FROG(Frequency-resolved optical gating)

周波数分解光ゲート

FSR(Free spectral range)

自由スペクトル領域

NRZ(Non-return-to-zero)

非ゼロ復帰

OSA(Optical spectrum analyzer)

光スペクトラムアナライザ

PMF(Polarization maintaining fibre)

偏波保持光ファイバ

PRBS(Pseudo Random Bit Sequence)

擬似ランダムビットパターン

SLM(Single-longitudinal mode)

単一縦モード

SNR(Signal-to-noise ratio)

信号対雑音比

SOP(State of polarization)

偏光状態

TRC(Time-resolved chirp)

時間分解チャープ

WDM(Wavelength division multiplexing)

波長多重

時間分解チャープの定義 

チャープは,送信器の光周波数の時間的変化である。特に瞬間的な光周波数の時間変化を時間分解チャ

ープ(ダイナミックチャープともいう。

)という。一般的に,時間分解チャープは,平均光周波数からの差

分 Δf(t)として示す。また,時間分解チャープは,伝搬する電磁波の位相の時間微分で,時間の逆数が単位


3

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

となる位相変化率としても文献で示している

[2]

。光信号の情報を完全に表現するために,瞬間的な光パワ

P(t)を Δf(t)とともに用いる。

測定結果は,PRBS に同期したトリガの時間領域で得られる。上記のとおり,時間分解チャープには二

つの要素が存在する。光パワーの波形 P(t)は,広帯域光受信器を接続したオシロスコープで表示する。チ

ャープ又は周波数波形 Δf(t)は,データ変調に伴い変化するレーザ周波数を示す。

図 に一般的な時間分解

チャープ特性を示す。

図 1−一般的な時間分解チャープ特性 

送信器動作のモデル化 

変調された信号において,周波数の変化は位相変化項と周波数変化項との合計としてモデル化すること

ができる。位相の急激な変化は周波数の一時的な変化となる。二つの項はそれぞれ過渡項及び断熱項と呼

ばれる。チャープの一般式は式(1)によって算出する。

+

=

Δ

)

(

)

(

)

(

4

)

(

2

1

t

P

K

t

P

K

t

P

dt

dP

t

f

π

α

 (1)

ここに,

Δf(t): 平均光周波数からの差分

α

アルファファクタ

P(t)

時間 における瞬間的な光パワー

K

1

及び K

2

: 断熱項の係数

過渡的なチャープだけを考慮してアルファファクタを解くと,式(2)になる。

)

(

2

)

(

2

)

(

)

(

4

)

(

t

P

P

dt

dP

dt

d

t

P

dt

dP

t

f

t

P

t

Δ

Δ

=

=

Δ

=

φ

φ

π

α

 (2)

ここに,

dt

d

t

f

φ

π

2

1

)

(

=

Δ

 

チャープ(

GHz

光パワー(

mW

時間(ns)

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

3.0

2.0

1.0

0

−1.0

−2.0

−3.0

−4.0

−5.0

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0


4

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

チャープ測定方法の概要 

時間分解チャープ測定は,

伝送装置における部品の使用方法を模擬したビット列で変調する必要がある。

同期はトリガ信号の形で測定装置に提供する。周波数識別法,FROG 法及びモノクロメータ法の 3 種類の

測定方法は,理論的には同じ Δf(t)及び P(t)の値を提供する。時間平均アルファファクタは,例えば Devaux

ほかの小信号法のような非時間分解法

[3]

でも測定できる。

図 2−周波数識別法の略図 

周波数識別法

[4][5]

は,一般的に

図 に示すようにマッハツェンダ形干渉計及びその後段の光オシロスコ

ープで構成する。光オシロスコープはデジタルコミュニケーションアナライザともいい,広帯域光電変換

器及びサンプリングオシロスコープで構成する。2 経路間の遅延差は周波数変化に対応する正弦波振幅変

化を生成する。周波数間隔は FSR という。周波数識別法では,レーザの中心周波数が正弦波関数の直角位

相点(

図 の A 点及び B 点)となるように調整した干渉計を用いて周波数偏移を振幅変化に変換し,対応

する光パワー波形を光オシロスコープで測定する。レーザ送信器の光信号パワーは,式(3)によって算出す

る。

2

)

(

)

(

)

(

t

V

t

V

t

P

B

A

+

=

 (3)

ここに,

P(t)

時間 における瞬間的な光パワー

V

A

(t)及び V

B

(t): 図 に示す直角位相点の電圧波形

チャープは直角位相点での波形の差分[式(4)]及び干渉計の正弦波特性を補正し式(5)によって算出する。

2

)

(

)

(

)

(

t

V

t

V

t

V

B

A

=

 (4)

)

(

)

(

)

(

arcsin

2

)

(

t

P

t

V

FSR

t

f

π

=

Δ

 (5)

ここに,

V(t)

直角位相点での波形の差分

FSR

図 に示す自由スペクトル領域

Σ

Σ

光入力

可変遅延器

トリガ

入力

光オシロスコープ


5

C 61280-2-10

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図 3−周波数識別法で必要とされる干渉計の直角位相点(動作点)測定 

FROG 法では,図 に示すように光ゲート及び後段の光スペクトラムアナライザを用いる。光ゲートは,

特定の時間 t

i

位置に設定し,光スペクトラムアナライザでスペクトルを測定する。光ゲート時間を変更す

ることによって,

表 の平均周波数偏差を求める。重み付け平均周波数(重心周波数ともいう)の偏差は,

式(6)によって算出する。

=

=

×

=

Δ

m

k

m

k

k

k

k

i

i

f

t

P

f

f

f

t

P

t

f

1

1

1

mean

)

,

(

)

(

)

,

(

)

(

 (6)

ここに,

f

mean

時間平均光周波数

P(t

i

,

 

f

k

): 時間 t

i

,周波数 f

k

における瞬間的な光パワー

図 4FROG 法の構成 

表 1−各時間窓 t

i

における瞬間周波数 f

i

及び算出した重み付け平均周波数偏差

Δf(t)

f

1

f

2

 ··· f

m

Δf(t

t

1

P(t

1

f

1

)

P(t

1

f

2

) ··· P(t

1

f

m

)

Δf(t

1

)

t

2

P(t

2

f

1

) P(t

2

f

2

) ··· P(t

2

f

m

)

Δf(t

2

)

··· 

··· ··· ··· ··· ···

t

n

P(t

n

f

1

)

P(t

n

f

2

) ··· P(t

n

f

m

)

Δf(t

n

)

周波数分解光ゲート法は,次の二つの理由によって,実用的でない場合がある。

光パワー

自由スペクトル領域

光周波数

1.0

A

B

直角位相点(動作点)

0.5

0

高速光ゲート

光スペクトラム

アナライザ

タイミング制御

光入力

トリガ入力

スペクトル測定

(各時間位置にて)

電気的パルス

(可変タイミング)


6

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

a)

光ゲートの消光比はゲートパルスのデューティの逆数を上回る必要がある。高い時間分解能で長いパ

ターン長の時間分解チャープの測定では 50 dB 以上の消光比を必要とする。

b) 

各時間位置で光スペクトラムアナライザの掃引を必要とし,多くの時間位置のため多大の測定時間を

必要とする。 

図 に示すモノクロメータ法

[6]

の構成は FROG 法と概念がよく似ている。違いは,周波数分解手段が時

間分解手段より先に行われることである。妥当な性能を得るために,光スペクトラムアナライザは一般的

図 に示すダブルパスモノクロメータで実現する非常に低分散特性を備える必要がある。

図 5−モノクロメータ法の構成 

低い分散を得るために,ダブルパス配置を一般的に用いる。

図 6−ダブルパスモノクロメータの構成 

この方式では,

表 は列単位で埋められる。モノクロメータは f

k

に調整し,固定して,光オシロスコー

プで時間波形 P(t

1

f

k

) … P(t

n

f

k

)を測定する。P(t)は信号を中心としたモノクロメータ(フィルタ)で測定す

る。Δf(t)は式(6)によって算出する。

上記の 3 種類の測定方法のうち,周波数識別法及びモノクロメータ法が時間分解チャープ測定に実用と

モノクロメータ

トリガ

入力

光入力

光オシロスコープ

入力

回折格子

レンズ装置

λ/2 波長板

出力

光ファイバ

開口(スリット)


7

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

なる。箇条 及び箇条 にこれらの測定を実施するための装置及び手順を規定する。

周波数識別法 

7.1 

装置 

周波数識別法の構成を

図 に示す。

図 7−周波数識別法の構成

7.1.1

パターン発生器  パターン発生器は,被試験物(DUT)に PRBS 信号を供給するとともに,光オシ

ロスコープにトリガ信号を供給する。変調速度及び信号フォーマットは,被試験物の仕様に合わせる。PRBS

パターン長は,2

5

−1 以上とする。短いパターン長はチャープ効果によるパターン依存性を完全には確認

できない。一方,長いパターン長は測定時間が長くなる。トリガ信号は,クロックではなく PRBS パター

ンに同期しなければならない。

7.1.2

Er

添加光ファイバ増幅器  Er 添加光ファイバ増幅器の使用は,任意とする。被試験物からの信号

レベルが低すぎる場合だけ,光オシロスコープに十分な信号レベルを供給するために必要とする。C 及び

L バンド以外の光周波数には,代わりの増幅技術を使わなければならない。

7.1.3

偏波コントローラ  干渉計が高い偏波依存性をもつ場合は,干渉計の入力部の SOP を最適化して

おかなければならない。偏波コントローラは,任意の入力偏光状態を所定の出力偏光状態に変換する能力

が要求される。光ファイバ形偏波制御器又は波長板形偏波制御器がこの要求を満足する。

7.1.4

干渉計  干渉計は,最大のチャープに適応するために十分広い自由スペクトル領域をもったマッハ

ツェンダ形干渉計を用いる。可変遅延器は,被試験物の波長を

図 の A 及び B の直角位相点に合わせるこ

とができるような可変範囲 Δを必要とする。Δの値は式(7)によって算出する。

0

2

1

1

f

FSR

t

±

>

Δ

 (7)

ここに,

f

0

光搬送周波数

7.1.5

光オシロスコープ  光オシロスコープは,DC 結合の広帯域光/電気変換器とサンプリングオシロ

スコープとからなる。光/電気変換器とオシロスコープとの合成周波数応答は,ビットレートの 2 倍以上

で,インパルス応答は,リンギング,オーバシュート及びアンダシュートがないものでなければならない。

またトリガ入力があり,トリガ及び観測時間範囲を設定する手段をもたなければならない。

7.2 

手順 

周波数識別法の手順を次に示す。

パターン発生器

DUT

PRBS 信号

EDFA

光オシロスコープ

Σ

Σ

パターントリガ

偏波コントローラ

干渉計

可変遅延器


8

C 61280-2-10

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a)

図 のように機器を接続する。被試験物から光オシロスコープに十分高い信号レベルを供給できない

場合にだけ EDFA を必要とする。

b)

必要なビット数を表示するために,光オシロスコープの時間範囲を調整する。

c)

必要な時間分解能を得るために,

光オシロスコープのデータポイント数 を設定する。平均的な値は,

n

=1 000 である。

d)

光オシロスコープ上で信号レベル最大となるように偏波コントローラを調整する。

e)

可変遅延素子によって直角位相点を

図 の A のポイントに合わせ V

A

(t

i

)を測定する。ここで は 1

in

である。

f)

可変遅延素子によって直角位相点を

図 の B のポイントに合わせ,V

B

(t

i

)を測定する。ここで は 1

in

である。

g)

アルファファクタは,式(8),式(9)及び式(10)によって算出する。

2

)

(

)

(

)

(

i

B

i

A

i

t

V

t

V

t

P

+

=

 (8)

ここに,  1

in

2

)

(

)

(

)

(

i

B

i

A

i

t

V

t

V

t

V

=

 (9)

ここに,  1

in

)

(

)

(

)

(

arcsin

2

)

(

i

i

i

t

P

t

V

FSR

t

f

π

=

Δ

 (10)

ここに,  1

in

モノクロメータ法 

8.1 

装置 

モノクロメータ法の構成を

図 に示す。

図 8−モノクロメータ法の構成 

8.1.1

パターン発生器  パターン発生器は,被試験物に PRBS 信号を供給するとともに,光オシロスコー

プにトリガ信号を供給する。変調速度及び信号フォーマットは,被試験物の仕様に合わせる。PRBS パタ

ーン長は,2

5

−1 以上にする。短いパターン長はチャープ効果によるパターン依存性を完全には確認でき

ない。一方,長いパターン長は測定時間が長くなる。トリガ信号は,クロックではなく PRBS パターンに

同期しなければならない。

8.1.2

Er

添加光ファイバ増幅器  Er 添加光ファイバ増幅器の使用は,任意とする。Er 添加光ファイバ増

パターン

発生器

DUT

光オシロスコープ

モノクロメータ

EDFA

パターントリガ

PRBS 信号


9

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

幅器は,被試験物からの信号レベルが低すぎる場合だけ,光オシロスコープに十分な信号レベルを供給す

るために必要となる。C 及び L バンド以外の光周波数では,代わりの増幅技術を使わなければならない。

8.1.3

モノクロメータ  モノクロメータは,調整可能な帯域幅(信号ビットレート 10 Gbit/s と 2.5 Gbit/s

との間で,100 pm∼500 pm)をもたなければならない。波長分散が中心波長で公称ゼロになるような,ダ

ブルパス方式のモノクロメータを用意する。特に,波長分散が 10 ps/nm 以下,偏波依存性が 0.5 dB 以下で,

挿入損失が 10 dB 以下のものが必要となる。これらの要求を満たせば代用フィルタ技術を使用してもよい。

モノクロメータは低い偏波依存性のものを用いる。何らかの理由で,それができない場合は,信号レベル

が最大になるように入力偏光状態を調整する。

注記  低分散及び低偏波分散を得るために,ダブルパス方式の偏波補正モノクロメータを通常用いる。

8.1.4

光オシロスコープ  光オシロスコープは,DC 結合の広帯域光/電気変換器及びサンプリングオシ

ロスコープからなる。光/電気変換器とオシロスコープとの合成周波数応答は,ビットレートの 2 倍以上

で,インパルス応答は,リンギング,オーバシュート及びアンダシュートがないものでなければならない。

またトリガ入力があり,トリガ及び観測時間範囲を設定する手段をもたなければならない。帯域幅は,ビ

ットレートの 2 倍以上にする。

8.2 

手順 

モノクロメータ法の手順を次に示す。

a)

図 のように機器を接続する。被試験物から光オシロスコープに十分高い信号レベルを供給できない

場合にだけ,EDFA を必要とする。

b)

必要なビット数を表示するために,光オシロスコープの時間範囲を調整する。

c)

必要な時間分解能を得るために,光オシロスコープのデータポイント数 を設定する。平均的な値は,

n

=1 000 である。

d)

被試験物のスペクトラム幅に適合するように,モノクロメータの帯域幅を設定する。10 Gbit/s NRZ  送

信器の平均的な値は 500 pm である。

e)

モノクロメータ通過帯域の中心を送信器に合わせ,P(t

i

)を測定する。ここで は,1

iである。

f)

モノクロメータの中心周波数を と同じステップで,ピーク値より 10 dB 低いレスポンスの周波数 f

A

から f

B

まで ステップに分けて合わせる。の平均値は 10 である。

g)

それぞれのモノクロメータ周波数 f

k

で,P(t

i

f

k

)を測定する。ここで は 1

inは 1≤kである。表

1

を参照。

h)

各時間位置で,絶対周波数は式(11)によって算出する。

=

=

×

=

m

k

m

k

k

k

k

i

i

f

t

P

f

f

t

P

t

f

1

1

1

)

,

(

)

(

)

,

(

)

(

(11)

ここに,  1

in

i)

平均周波数は式(12)によって算出する。

n

t

f

f

n

i

i

=

=

1

mean

)

(

 (12)


10

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

j)

チャープは式

(13)

によって算出する。

mean

)

(

)

(

f

t

f

t

f

i

i

=

Δ

 (13)

ここに,

  1

in

アルファファクタの計算 

7.2

又は 8.2 で測定し,算出した時間

t

における瞬間的な光パワー

P(t)

,チャープ

Δf(t)

,及び電圧波形か

らアルファファクタが計算できる。過渡的チャープ解析に有効であるアルファファクタの三つの種類を次

に示す。

アルファファクタの時間変化,

α(t)

平均アルファファクタ,

α

avg

アルファファクタの光パワー依存性,

α(P)

9.1 

アルファファクタの時間変化,

α

(t

測定データを利用するために式

(2)

で算出した

α(t)

を連続した表現から離散的な式

(14)

の形式に変換する。

)

(

)

(

)]

(

)

(

[

)

(

4

)

(

)

1

(

)

1

(

)

1

(

)

1

(

i

i

i

i

i

i

i

t

f

t

t

t

P

t

P

t

P

t

Δ

=

+

+

π

α

 (14)

ここに,  2

in−1

P(t)

のプロットに加えて,EML のプロット例

α

(t)を図 に示す。時間範囲は,信号データビットの上昇時

間の間に,

α

がどう変化するかが分かるように選ぶ。

α

はこの期間に大きな変動を示す。平均的な

α

(t)は,

例えば,10 %∼90 %の間のようにパワー波形の変遷の間だけで計算する。これは ΔPが小さいと,計算

に不確定要素が増えるからである。

図 9EML のための時間及びアルファファクタのプロット例

9.2 

平均アルファファクタ,

α

avg

平均アルファファクタは,式(15)で示すように,選択された時間枠範囲での平均値とする。

n

t

n

i

i

=

=

1

avg

)

(

α

α

 (15)

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.44 0.46 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.0

0.2

時間(ns)

アルファファクタ

rad

光パワー(

mW


11

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

9.3 

アルファファクタの光パワー依存性,

α

(P) 

光パワー対アルファファクタのグラフは,過渡的チャープ解析にとても便利なツールである

[7]

α

(t)は式

(14)によって算出し,P(t)の値に対応した x-y 散布図にプロットする。計算は電力波形の変遷部分に制限す

る。

図 10 に DML 及び EML の光パワー対アルファファクタのグラフを示す。

a)

  DML b)  EML 

図 10DML 及び EML の光パワー対アルファファクタ

DML では,電力に対するアルファファクタの変動は約 0.2∼3.5 になる。EML については,アルファフ

ァクタ 0.2∼1.4 の間で,電力に対してリニアな関係になる。特性は駆動振幅及びバイアスに依存する。

10 

試験報告書 

各試験に対して,次の情報を報告書に記載する。

a)

試験データ

b)

書類番号

c)

実行した手順:箇条 又は箇条 8

d)

P(t)

及び

Δf(t)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

3.5

アルファファクタ(

rad

光パワー(mW)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0

0.05

0.1

0.15 0.2 0.25 0.3

0.35

アルファファクタ(

rad

光パワー(mW)


12

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

附属書 A

(参考)

時間分解チャープ測定系及び計算処理の検証

時間分解チャープ測定系及び計算処理の検証は,他の測定方法を用いて得られた測定結果と比較するこ

とによって行うことができる。強度及び周波数変調の合成信号を用いてこの検証を行うことは困難である

が,位相変調だけの信号は検証に使用することができる。純粋に位相変調された信号は,マッハツェンダ

形位相変調器を高周波で駆動することによって発生させることができる。この位相変調された信号につい

て光スペクトラムアナライザで測定したサイドバンドの強度及び時間分解チャープ測定系によって得られ

た周波数(位相)変調振幅を比較することによって時間分解チャープ測定の妥当性を検証することができ

る。

光スペクトラムとチャープとの関係は,式(A.1)で表すことができる。

)

(

)

(

2

1

2

0

sideband

carrier

m

m

f

f

J

f

f

J

P

P

Δ

Δ

=

(A.1)

ここに,

J

0

0 次第一種ベッセル関数

J

1

1 次第一種ベッセル関数

Δf: チャープ振幅

P

sideband

サイドバンド電力(W)

P

carrier

キャリア(搬送波)電力(W)

図 A.1 に 10.25 GHz で位相変調された光信号を光スペクトラムアナライザ及び時間分解チャープ測定系

を用いて測定した結果を示す。光スペクトラムのサイドバンド形状が左右対称であること,及び時間分解

チャープ測定結果において強度変調されておらず,パワーの時間変化が平たんであることに留意する必要

がある。式(A.1)を用いて,二つの測定方法の相関を検証することができる。

a)

  光スペクトラムアナライザ b)  時間分解チャープ測定系 

図 A.1−位相変調信号の観測結果 

時間(ns)

チャープ(

GHz

光パワー(

mW

4.0
3.0

1.0
0.0

−2.0

−3.0

−4.0

2.0

−1.0

3.0

1.0

0.0

2.0

2.5

1.5

0.5

0.0

0.2  0.4  0.6  0.8

1.0

 1.2

 1.4

10

−30

−25

−20

−15

−10

−5

 0

 5

P

carrier

P

sideband

1 550.3

1 549.7  1 549.8  1 549.9 1 550  1 550.1  1 550.2

波長(nm)

光パワー(

dB

m


13

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

附属書 B

(参考)

光送信器における変調方法

B.1 

直接変調形レーザ 

DML は,特に短距離伝送システムにおいて最も普及している。DML は最も低コストであるが,通常,

チャープは,最も大きい。

図 B.1 に示すように直接変調形レーザにおいて,レーザ電流は二つの成分の和

からなる。バイアス電流(I

DC

)はレーザの動作点(平均光出力パワー)を決め,変調電流(I

DATA

)は変調

振幅を決める。所望の光出力パワー及び消光比が得られるようにこれら二つの電流を調整する。直接変調

形レーザは一般的に消光比が高い方がチャープが増加するため,消光比とチャープペナルティとの間にト

レードオフがある。

図 B.1DML の概略図 

DML では,データ信号によってレーザ共振器部の屈折率が変化する。この変調に伴う屈折率変化は,レ

ーザ発振周波数の長期変動(断熱的チャープ)とともにデータ遷移点において位相変化(過渡的チャープ)

を発生する。

図 B.2 に DML の P(t)及び f(t)の特性を示す。顕著な過渡的チャープ及び断熱的チャープが見られる。変

調に伴う遷移はデバイス内に緩和振動を励起し,瞬間的な光出力強度及び光周波数にリンギングが発生す

る。

バイアス
電流

変調電流

半導体
レーザ

光出力


14

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

図 B.2DML における過渡的及び断熱的チャープ 

B.2 

電界吸収形変調器 

EML は,通常同一チップ上に集積化された DFB レーザに代表される単一縦モードレーザ及び EAM か

ら構成する。このデバイスは外付け変調器に比べ低コストであり,かつ,チャープ特性については直接変

調方式より優れている。

理論的には,変調部分をレーザ共振器と分離している場合,断熱的チャープは発生しない。この場合,

レーザで発生する一定周波数の光波は変調部において強度及び位相だけが変調する。実際には,パッケー

ジの電気的な寄生成分,光の反射,熱的相互作用など,他の効果によって断熱的特性を生じる場合がある。

図 B.3 に EML の概略図を示す。レーザに供給する電流 I

DC

はレーザの発振周波数を一定に保つために直

流電流でなければならない。EAM は,導波路部の吸収率を制御するための独立した信号によって駆動する。

EML では過渡的チャープが支配的である。レーザの緩和振動によるリンギングは生じない。図 B.4 に EML

の P(t)及び Δf(t)の特性を示す。P(t)の上昇部及び下降部において明確な周波数変化が見られる。この周波数

変化は式(1)で示すように dP/dt の大きさに直接関係している。EML は

図 B.5 に示すように上昇部の前に付

加的な過渡的チャープを生じることがある。これは印加された電界によって吸収が回復する前に生じた屈

折率の変化(ポッケルス効果)に起因すると考えられている

[8]

図 B.3EML の概略図 

−5.0

−4.0

−3.0

−2.0

−1.0

0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

時間(ns)

チャープ(

GHz

光パワー(

mW

バイアス

電流

変調電圧

半導体

レーザ

電界吸収形

変調器

光出力


15

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

図 B.4−典型的な過渡的チャープをもつ EML のチャープ特性 

図 B.5−付加的な過渡的特性をもつ EML のチャープ特性 

B.3 

マッハツェンダ形変調器 

図 B.6 に示すようにマッハツェンダ形干渉計の構成を用いて強度変調器を作ることができる。LiNbO

3

どの適切な光学結晶において入力光を二つの光路に分岐する。二つの光路において電界によって別個に位

相を変調する。ここで,位相は電界に比例して屈折率が変わるポッケルス効果を利用して変調する。二つ

の光波が再び合波するときにベクトル的に合波することによって強度変調に変換する。位相線図によって

二つの光路が完全に対称の場合はチャープを発生しない強度変調を実現することができることが分かる。

図 B.7 に LiNbO

3

マッハツェンダ形 NRZ 変調器のチャープ特性を示す。チャープは強度波形の上昇部及

び下降部においてそれぞれピーク値をもつ完全な過渡的チャープである。

−3.0

−2.0

−1.0

0

1.0

2.0

3.0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

時間(ns)

チャープ(

GHz

パワ

mW

−1.5

0.5

0.1 0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.3

0.6

−1.0

−0.5

0

1.0

1.5

0

0

0.1

0.2

0.4

0.5

光パワー(

mW

時間(ns)

チャープ(

GHz


16

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

図 B.6−マッハツェンダ形変調器の概要図 

図 B.7−過渡的チャープだけを示すマッハツェンダ形 NRZ 変調器のチャープ特性 

Vdata

Optical

Input

Optical

Output

V+

V-

E-field

coupling

E-field

coupling

V+

V-

V+

V-

OFF

ON

Phasor Diagram

光入力

光出力

変調電圧

電界結合

電界結合

フェーザ図

チャープ(

GHz

光パワー(

mW

時間(ns)

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

3.0

2.0

1.0

0

−1.0

−2.0

−3.0

−4.0

−5.0

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0


17

C 61280-2-10

:2012 (IEC 61280-2-10:2005)

参考文献

[1]  FARAHMAND, M., FILER, M., TIBULEAC, S. and ATLAS, D. Generalized Frequency Chirp Measurement

Technique for Accurate Modeling of Fiber Optic Transmission Systems, Dallas, Texas, NFOEC 2002

[2]  AGRAWAL, GP. and DUTTA, NK. Long-Wavelength Semiconductor Lasers, Van Nostrand Reinhold Company,

New York, 1986

[3]  DEVAUX, F., SOREL, Y. and KERDLES, JF. Simple measurement of fiber dispersion and the chirp parameter

of intensity modulated light emitters. Journal of Lightwave Technology, 1993, vol. 11, No. 12, pp. 1937-1940.

[4]  DERICKSON, D. Fiber Optic Test and Measurement, Prentice Hall PTR, New Jersey, 1998, pp. 208-251

[5]  ITU-T Recommendation G.691-2003 - Optical interfaces for single channel STM-64 and other SDH systems

with optical amplifiers, Annex C

[6]  BERGANO, NS. Wavelength discriminator method for measuring dynamic chirp in DFB lasers. Electronics

Letters, September 1998, pp. 1296-1297

[7]  WILDNAUER, KR. and AZARY, ZA Double-Pass Monochromator for Wavelength Selection in an Optical

Spectrum Analyzer. Hewlett-Packard Journal, December 1993

[8]  DUPRE J. and STIMPLE, J. Time-resolved chirp measurement of electro-absorption and directly modulated

lasers. ICAPT 2002 Conference Proceedings, June 2002